Разработка автоматизированной системы контроля, учета и управления электропотреблением МУП "Горводоканал"

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Процесс производства электрической энергии характеризуется неразрывностью во времени с процессом ее потребления. Для производства электроэнергии энергоснабжающие организации вынуждены предварительно вкладывать средства в покупку топлива. Это определяет остроту проблемы своевременной и точной организации взаиморасчетов за электроэнергию. При этом непрерывный характер производства и реализации требует в пределе непрерывной организации соответствующей оплаты. Чтобы максимально приблизиться к этой идеальной форме взаимных расчетов между энергоснабжающими организациями и потребителями практически во всех развитых странах широко применяются современные метрологически аттестованные автоматизированные системы контроля, учета и управления электропотреблением (АСКУЭ).

Анализ вопросов, связанных с АСКУЭ, показывает, что на сегодняшний день в России и за рубежом написано огромное количество научных работ, раскрывающих те или иные аспекты эффективности автоматизированных систем коммерческого учета электрической энергии.

По различным исследованиям приоритетных направлений изучения развития и реформирования рынка электроэнергетики можно выдвинуть проблему контроля отпускаемой электрической энергии различным потребителям, что говорит о безусловной актуальности данной темы дипломного проекта («Разработка автоматизированных систем коммерческого учета электрической энергии»).

Основной целью дипломного проекта можно назвать необходимость внедрения АСКУЭ как основного инструмента контроля над отпуском электрической энергии.

Объектом данного проекта является МУП Горводоканал.

К главным поставленным задачам, можно отнести:

1) Обзор и анализ литературных источников на исследуемую тему;

2) Рассмотрение используемых и предложение усовершенствованных методов сбора и обработки информации;

3) Анализ основ безопасности жизнедеятельности на предприятии;

4) Разработка и обоснование мероприятия, способного улучшить финансово-экономические показатели работы предприятия;

5) Оценка эффективности предложенного мероприятия и т.д.

При сборе основной массы информации на предприятии использовались такие методы, как наблюдение и опрос.

Методологической и теоретической основой работы являются следующие источники информации:

- нормативно-правовые документы;

- аналитико-статистические обзоры;

- различные отчеты о работе предприятия;

- бухгалтерские балансы и др.

1. Назначение автоматизированной системы коммерческого учета электрической энергии

1.1 Предпосылки к созданию АСКУЭ

Планомерные работы по созданию АСКУЭ в энергосистемах России начались в 1986 году, но в связи с низкими ценами на энергоносители, использованием простейших тарифов на электрическую и тепловую энергию, жестким централизованным государственным управлением энергетикой в рамках монопольной единой энергосистемы страны и финансированием развития отрасли за счет госбюджета, а не за счет тарифов, как это принято в большинстве стран с рыночной экономикой, ни у энергосистем, ни у потребителей энергии серьезной экономической заинтересованности в АСКУЭ не было.

Но в условиях роста цен на энергоносители и связанной с ним политики экономии энергоресурсов, автоматизированный учет энергии и энергоносителя приобретает особую важность для предприятий, являющихся как производителями, так и потребителями на рынке энергии. При этом точность измерения оказывает заметное влияние на оплату. В сложившейся ситуации требованиям точности измерения не удовлетворяют старые приборно-расчетные методы учета, когда применение различных приборов и схем измерения у потребителя и источника приводило к значительным погрешностям. Более того, современные технические возможности позволяют организовывать комплексы автоматизированного учета, сводить расчеты по электрической энергии в один узел контроля, установленный на предприятии и одновременно предоставлять возможность удаленного доступа к техническим и коммерческим параметрам со стороны контролирующих организаций.

Еще одним немаловажным толчком к созданию систем коммерческого учета можно отнести рост потерь электрической энергии.

Потери электроэнергии в электрических сетях - важнейший показатель экономичности их работы, наглядный индикатор состояния системы учета электроэнергии, эффективности энергосбытовой деятельности энергоснабжающих организаций. Этот индикатор все отчетливей свидетельствует о накапливающихся проблемах, которые требуют безотлагательных решений в развитии, реконструкции и техническом перевооружении электрических сетей, совершенствовании методов и средств их эксплуатации и управления, в повышении точности учета электроэнергии, эффективности сбора денежных средств за поставленную потребителям электроэнергию и т.п.

Основным и наиболее перспективным решением проблем является разработка, создание и широкое применение автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ), в том числе для бытовых потребителей, тесная интеграция этих систем с программным и техническим обеспечением автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ), обеспечение АСКУЭ и АСДУ надежными каналами связи и передачи информации, метрологическая аттестация АСКУЭ.

1.2. Автоматизированные системы коммерческого учета электрической энергии бытовых потребителей

Относительно низкое энергопотребление среднего российского бытового абонента, малый удельный вес «быта» в энергобалансе страны, практическое отсутствие технического обслуживания внутридомовых сетей и их незащищенность от проявлений вандализма, низкие тарифы для населения - делали до последнего времени экономически нецелесообразным простой перенос АСКУЭ промышленных предприятий даже в многоквартирные городские дома, не говоря уже о сельской местности. При существующих тарифах и перекрестном субсидировании они просто не окупали себя в разумные сроки.

Так как в энергобалансе России доля бытового электропотребления до последнего времени не превышала 12% в кВт*часах и 3-4% в рублевом исчислении, то сбору платы за электроэнергию, потребленную на бытовые нужды, не уделялось большого внимания, и он до сих пор осуществляется по принципу самообслуживания.

После ликвидации существующего в России перекрестного субсидирования и доведения тарифов на электроэнергию для бытовых потребителей до уровня себестоимости ее производства доля их платежей в балансе доходов сбытовых компаний существенно увеличится. Одновременно обострятся проблемы неплатежей и воровства электроэнергии. Мировой опыт свидетельствует, что если «быт» приносит более 20% доходов, то энергокомпании вынуждены принимать специальные меры по повышению уровня собираемости платежей от населения. Например, организовывать дистанционное автоматизированное снятие показаний со счетчиков, автоматизировать выписку счетов и т.д. В среднем по России доля платежей населения в суммарном доходе отечественных энергокомпаний в ближайшие 5 лет вряд ли превысит 15%. Однако в некоторых регионах эта доля уже приближается к критической, что, безусловно, приведет к отмене системы самообслуживания и заставит местные энергосбытовые компании заниматься выпиской счетов бытовым потребителям. Способствует этому и тот факт, что наиболее крупные промышленные потребители уходят на оптовый рынок электроэнергии, что резко увеличивает долю бытовых и мелкомоторных потребителей в распределительных компаниях.

Основные проблемы работы с потребителями электрической энергии бытового сектора.

Опишем основные проблемы, которые непременно возникнут, когда энергосбытовые компании вплотную займутся работой с бытовыми потребителями.

Переход к периодическому (ежемесячному или ежеквартальному) массовому списанию показаний счетчиков контролерами энергосбытовых компаний резко обострит проблему попадания самих контролеров к местам установки счетчиков, не говоря уже о многократном увеличении численности контролеров. Становится актуальной организация дистанционного считывания показаний счетчиков.

При организации массового списания показаний счетчиков контролерами необходимо будет свести к минимуму искажение показаний счетчиков самими контролерами в результате самопроизвольных ошибок или преднамеренных действий. В качестве альтернативы следует рассматривать возможность оснащения счетчиков устройствами для считывания с них показаний на машинные носители информации, а самих контролеров - переносными пультами для осуществления такого считывания. При доведении уровня тарифов на электроэнергию для населения до фактической ее стоимости произойдет повышение тарифов в 2-3 раза. Для смягчения нежелательных социальных последствий неизбежно придется вводить новые виды тарифов (блочные или ступенчатые - когда стоимость электроэнергии зависит от объема ее потребления, дифференцированные по зонам суток и дням недели и т.п.) и новые системы оплаты за электроэнергию (например, система предоплаты).

Однако если исходить из необходимости строгого соблюдения положений действующего ГК РФ и ФЗ «О конкуренции и ограничении монополистической деятельности на товарных рынках» и «О защите прав потребителей», потребитель сам должен выбирать наиболее выгодный для него тариф (как это делается в большинстве стран с развитой рыночной экономикой). Это неизбежно приведет к появлению в одном многоквартирном доме нескольких различных типов приборов учета и аппаратуры АСКУЭ, что значительно усложнит и удорожит эксплуатацию этих дорогостоящих устройств, обострит вопрос об их сохранности в этажных щитках, а в отдельных случаях потребует нестандартных решений по их размещению, когда они не будут вписываться в стандартные щитки.

Каждый раз, когда потребитель захочет поменять свою тарифную систему, необходимо будет демонтировать у него старые приборы и устанавливать новые. Для ликвидации возникающих при этом трудностей необходимо вносить соответствующие изменения и дополнения в нормы проектирования и другие научно технический документации.

Массовая выписка счетов для многочисленных бытовых потребителей и необходимость исключения неизбежно возникающих при этом ошибок потребуют максимальной автоматизации процесса.

1.3 АСКУЭ бытовых потребителей за рубежом

Во многих странах с развитой рыночной экономикой все ранее перечисленные проблемы энергосбытовых организаций решаются путем внедрения АСКУЭ у бытовых потребителей (АСКУЭ БП).

В мировой практике подобные системы имеют обозначение «AMR systems» (Automatic Meter Reading - система автоматического считывания показаний счетчиков). Почти все ведущие производители счетчиков много лет работали над созданием простых, надежных и дешевых систем для бытовых потребителей. При разработке таких систем соблюдались два основных подхода: система должна быть окупаемой и обеспечивать повышенную надежность функционирования. В настоящее время такие системы созданы, производятся серийно и широко внедряются во многих странах.

Наряду с пионерами и мировыми лидерами в области использования AMR - США, Канадой, Японией, Францией, Израилем, Германией, Швейцарией и Италией - появилось несколько стран с развивающейся экономикой, верящих в перспективу AMR, например, Украина и Бразилия.

В настоящее время наиболее общепринятой техникой связи AMR во всем мире является радиосвязь, а за ней следует технология связи PLC (Power Line Communication - связь по низковольтной сети). При этом в Америке приоритет имеет радиосвязь, а в других странах в большинстве случаев - PLC. Широкое применение PLC неудивительно, ведь для технологии AMR необходимы площади покрытия, близкие к 100%, чтобы достигнуть каждого дома или предприятия. Во многих странах единственная среда связи, которая удовлетворяет этому требованию,- электрический сетевой провод. Технические решения, используемые в системах AMR на базе PLC-технологии, позволяют:

· сохранить у большинства потребителей дешевые однотарифные электронные счетчики или даже счетчики индукционной системы при условии встраивания в них адаптеров импульсов с передачей данных от них по силовой сети в групповые устройства сбора данных;

· внедрять у каждого потребителя любые тарифные системы, изменяя только программное обеспечение в устройстве сбора данных, без монтажных работ и замены счетчиков;

· списывать показания счетчиков по многоквартирному дому за несколько секунд дистанционно - не входя в помещения, где они установлены. При этом сами контролеры лишаются возможности изменять показания счетчиков;

· выявлять хищения электроэнергии, сигнализировать об этом и даже дистанционно отключать неплательщиков.

Системы с передачей информации по силовой сети универсальны и многофункциональны, так как наравне с обработкой информации о потреблении различных видов энергетических ресурсов (тепла, газа, горячей и холодной воды) могут быть легко дополнены и другими функциями, например охранно-пожарной сигнализацией. Это только повышает их эффективность и снижает сроки окупаемости. На постсоветском пространстве в 2005 году разработан проект «Правил приборного учета электроэнергии в Республике Беларусь», который содержит специальный раздел «Учет активной электроэнергии в жилищно-коммунальном хозяйстве и непромышленной сфере», предписывающий потребителям энергии в этих сферах осуществлять учет «в рамках соответствующих АСКУЭ-быт коммерческого учета электроэнергии, реализуемых согласно общим требованиям настоящих Правил». Правила рекомендуют «в качестве каналов связи нижнего уровня (от счетчиков к УСПД) использовать готовую общедомовую питающую электрическую сеть напряжением 0,4 кВ», то есть использование PLC-технологии.

Система TELEGESTORE.

Наиболее яркий пример комплексного решения проблем организации учета электроэнергии у бытовых потребителей в Европе имеется в Италии. Компания Enel, монополист в области энергосбытовой деятельности в этой стране, запланировала массовую замену 30 миллионов устаревших индукционных счетчиков на специально разработанные электронные счетчики, объединенные по силовой сети в единую систему дистанционного управления абонентской сетью - TELEGESTORE. Реализация проекта началась в июне 2000 г.

Система состоит из трех основных частей: дистанционной системы учета, системы управления абонентами и потенциальной системы предоставления дополнительных оплачиваемых услуг. В качестве коммуникационной среды для передачи информации используется распределительная сеть низкого напряжения (PLC-технология), а также телекоммуникационная сеть общего пользования.

Электронный счетчик объединяет в себе функции прибора учета, прерывателя цепи и устройства связи с каналом распределительной сети (DLC). Счетчик измеряет активную и реактивную энергию, разработан с учетом международных стандартов (CEN 61036, CEN 61268) и имеет следующие основные параметры: класс точности - 1, диапазон токов 5-40 А или 5-50 А, срок службы 15 лет.

Концентратор, установленный почти на каждой трансформаторной подстанции 20;10/0,4 кВ, способен управлять передачей информации как в центральную систему, так и в электронные счетчики.

Концентратор опрашивает электронные счетчики по принципу «master-slave» (главный - подчиненный). Связь между концентратором и счетчиком осуществляется по сети DLC, CENELEC 82 кГц (первичная несущая частота) или 75 кГц (вторичная несущая частота). Эти частоты зарезервированы в Италии для энергокомпаний. Модемы, установленные на ТП, передают данные, собранные концентратором, в центральную систему по телекоммуникационной сети (GSM, ISDN и т.д.) с использованием протокола TCP/IP. Центральная система (AMM) собирает и отправляет данные от/на концентраторы и управляет системой.

Операционный центр управляет вводом данных измерений и контрактными операциями с клиентами.

Основные характеристики TELEGESTORE:

· управление активной и реактивной энергией;

· функции AMR;

· функции управления контрактами по времени использования, времени года;

· дистанционное подключение/отключение потребителей;

· определение случаев мошенничества и взлома;

· информирование потребителя;

· возможность предварительной оплаты (без карточки);

· управление максимальной нагрузкой;

· управление сетью низкого напряжения;

· управление уровнем обслуживания индивидуального потребителя;

· потенциальная возможность предоставления дополнительных оплачиваемых услуг.

Архитектура системы TELEGESTORE:

· MV - среднее напряжение;

· LV - низкое напряжение;

· CIS - система сервисного информирования клиентов;

· АММ - автоматическая система управления счетчиками;

· DLC - распределительная коммуникационная сеть по силовым проводам.

Представим графическое изображение архитектуры системы TELEGESTORE (см. рис. 1.1).

Рис. 1.1. Архитектура системы TELEGESTORE

Внедрение проекта TELEGESTORE будет выгодным как для компании Enel, так и для ее потребителей, а также для всей энергосистемы Италии. Потребители получат более высокий уровень услуг в части эффективности распределения, продажи и учета, а также возможность использовать дифференцированные, а значит, более низкие тарифы.

В нынешнем году, когда вся система будет развернута, размер экономии в пределах страны достигнет суммы более 400 миллионов евро в год. Дистанционная система управления учетом компании Enel становится эталоном в мире, с которым неизбежно будут сравнивать все последующие аналогичные проекты. Проект может быть назван одним из самых интересных, амбициозных и инновационных промышленных проектов за последние несколько лет в электроэнергетическом бизнесе. Компания Enel имеет серьезные намерения по распространению системы в другие страны. Представители более 80 энергокомпаний мира уже проявили интерес к системе TELEGESTORE.

Итальянская оптимизированная система дистанционного снятия данных и телеуправления по силовой сети -- MITOS (Meter Integrated Telemanagement Optimised System).

Центром разработки систем дистанционного телеуправления энергопотреблением и заводом фирмы «Шлюмберже», расположенных в г. Милане (Италия), разработана и серийно выпускается оптимизированная система дистанционного снятия данных и телеуправления по силовой сети -- MITOS (Meter Integrated Telemanagement Optimised System), представляющая собой новейший комплекс технических средств для энергосбытовых организаций, автоматизирующих их работу с бытовыми потребителями электроэнергии.

При разработке системы MITOS использовались два основных подхода: система должна быть окупаемой и обеспечивать повышенную надежность функционирования. Она отвечает этим требованиям, представляя собой законченный ряд устройств модульной конструкции, приспосабливаемых под конкретные нужды энергосбытовой организации.

Система обеспечивает двусторонний обмен данными по проводам электрической сети низкого напряжения (на одной ступени трансформации) между традиционными индукционными одно- и трехфазными счетчиками одно- и двухтарифной системы, дополненных специальными электронными компонентами, и элементами системы. Компоненты системы встраиваются в корпуса счетчиков только изготовления фирмы «Шлюмберже». Помимо дистанционного снятия показаний система обеспечивает такие функции, как выявление хищений электроэнергии, дистанционное отключение и подключение абонента, подключение тарифов, управление энергопотреблением абонента и т.п. Все элементы системы могут быть переконфигурированы дистанционно. Модульность системы позволяет оптимизировать ее архитектуру, обеспечивая наименьшие расходы при установке и эксплуатации.

Обозначим варианты построения системы, удовлетворяющие различным нуждам пользователя:

1) Централизованная архитектура, для густонаселенных районов

Включает в себя установленные в корпусах счетчиков интерфейсные модули, один концентратор на каждый распределительный трансформатор и центральное оборудование. Централизованная архитектура позволяет энергосбытовой организации управлять работой всей системы с центрального пункта, избегая необходимости нанесения визита в жилище абонента и к местам установки концентраторов.

2) Полуцентрализованная архитектура, более удобная для работы с коммерческими абонентами (мелкомоторная группа). Может служить основой для создания полной системы телеуправления.

Включая в себя установленные в корпусах счетчиков интерфейсные модули, необходимую инфраструктуру (один концентратор на каждый распределительный трансформатор). Функции управления и конфигурирования выполняются специальной программой портативного компьютера, соединенного с последовательным портом концентратора.

Полуцентрализованная архитектура позволяет энергосбытовой организации производить измерения, минимизируя расходы на центральное оборудование, избегая необходимости нанесения визита в жилище абонента и посещая только места установки концентраторов с портативным компьютером.

3) Децентрализованная архитектура, разработанная для применения в местах с низкой плотностью счетчиков электроэнергии.

Включает в себя установленные в корпусах счетчиков интерфейсные модули и приставки. Функции управления и конфигурирования выполняются специальной программой портативного компьютера, соединенного с помощью специального интерфейса с любой доступной точкой электрической сети (подключение через любую розетку в той сети), где имеются счетчики, снабженные интерфейсными модулями.

Децентрализованная архитектура позволяет производить дистанционное снятие показаний счетчиков и управление энергопотреблением, решая проблему доступа в жилища абонентов.

Израильская система управления потреблением электроэнергии EPSM (фирмы «POWERCOM»).

Израильская компания «POWERCOM» -- занимается обслуживанием высокими технологиями, как военного, так и гражданского потребительского рынка по всему миру.

Разработанная ею система EPSM (система контроля и управления электроснабжением) дает возможность энергосбытовым организациям решить задачи автоматического считывания показаний счетчиков, управлению нагрузкой, обнаружению несанкционированного потребления энергии и внедрению схем многотарифной оплаты энергии у потребителей, оснащенных простейшими однотарифными счетчиками индукционной системы.

Структурная организация системы EPSM аналогична структуре централизованной системы итальянского «МИТОСА», так как она состоит из тех же составных частей: центрального компьютера (ЦК), концентратора (КР) и блока дистанционного управления счетчиком (ДУ). По особому заказу в случае необходимости система может быть дополнена блоком отключения нагрузки.

Блоки дистанционного управления счетчиками (БДУ) приспособлены к совместной работе с существующими электромеханическими счетчиками. Считываются показания, эти данные заносятся в ЗУ и затем передаются в концентратор по имеющимся проводам электросети с использованием специальных (PLC) модемов. Передача информации по проводам электросети основана на технологии широкополосной связи, которая была специально разработана для военных целей, чтобы обеспечивать надежную связь в условиях большой насыщенности электронными помехами. БДУ принимает от концентратора команды, такие, как изменение тарифного периода, цены на энергию, установку часов, отключение или включение квартирной сети или предварительно заданных нагрузок.

Центральный компьютер собирает информацию от всех концентраторов и передает данные о периодах потребления энергии и объеме потребленной энергии на компьютер энергосбытовой компании по линиям городской телефонной сети, по радио или линиям сотовой системы передачи цифровой информации (пейджерная связь).

Система осуществляет следующие функции:

· накопление данных по потреблению энергии в различные тарифные зоны суток;

· отключение потребителя;

· обнаружение хищений энергии;

· регистрация потребления по каждой фазе;

· прибор диагностики;

· гибкая автоматическая установка пути связи;

· автоматическая установка связи.

Накопление данных по потреблению энергии в различные тарифные зоны суток означает, что показания квалифицируются в зависимости от периода пользования энергией и позволяет применять многотарифный метод оплаты, при котором каждому периоду времени соответствует определенный тариф. В системе применяют различные тарифы в зависимости от дня недели (рабочие или нерабочие дни), вида потребителя (промышленный или бытовой) и т.п. Тарифы могут меняться с учетом инфляции или других изменениях политики цен. Таблицы тарифов внедряются в систему оператором центрального компьютера. В центральном компьютере находятся и главные часы системы, которые синхронизируют работу всех остальных элементов.

Данные по потреблению подсчитываются и формируются в блоки каждые 5 минут. Швейцарская система управления потреблением электроэнергии DATAGIR AMDES (фирмы «LANDIS & GYR»).

В швейцарском городе Цуг на заводе фирмы «Ландис и Гир» начато производство системы DATAGIR AMDES (Automatic Meter Data Exchange System -- автоматизированная система обмена счетными данными) с двусторонней передачей информации по силовой сети, аналогичной системам «МИТОС» и «POWERCOM».

Система может:

· переключать тарифы;

· управлять нагрузкой;

· дистанционно считывать показания счетчиков;

· сигнализировать о происходящих событиях.

Возможно совместное оперативное управление для предприятий, обеспечивающих поставку электроэнергии, газа, вода и тепла.

Система включает в себя устройства передачи данных со счетчиков в точках учета и управления, расположенных по всей силовой сети одной ступени трансформации (0,4 кВ). Эти устройства используют сеть 0,4 кВ для передачи данных в региональные концентраторы, которые, в свою очередь, передают данные различными способами (по телефонным линиям, радиоканалам, сети линий ВН) на центральную станцию. Центральная станция рассылает информацию обеспечивая двустороннюю систему передачи данных.

1.4 АСКУЭ бытовых потребителей в России

В России имеется около 10 отечественных разработок систем АСКУЭ БП с использованием PLC-технологии. Наиболее известные из них производятся на Московском заводе электроизмерительных приборов (МЗЭП) и в ИАЦ НТИ «Континиум» (Москва). Десятки уже внедренных пилотных проектов подтверждают их работоспособность и эффективность в повышении сбора платежей. Они сертифицированы Госстандартом и внесены в Госреестр измерительных средств. При уровне тарифов для населения 80-90 коп./кВт*час срок окупаемости данных систем у нас составляет, как и в Италии, 3-4 года при капиталовложениях на точку учета (один счетчик) не более 75-100 долларов США.

Эти затраты сопоставимы с затратами на внедрение двухтарифной системы учета с использованием «интеллектуальных» счетчиков, очень популярной во многих регионах России. Однако отметим, что такая система является закрытой, с ограниченными возможностями, а системы, основанные на использовании PLC-технологии, многофункциональны и открыты для постоянного функционального наращивания. Они могут быть легко интегрированы в системы диспетчерского управления жилищным хозяйством, получающие всё более широкое развитие в отдельных городах России.

Самым крупным российским проектом в этой области, реализующимся сегодня, является проект в г. Хабаровске. По инициативе администрации края и ОАО «Хабаровскэнерго» создается автоматизированная система учета потребления электроэнергии бытовыми потребителями. Система построена на базе технических средств сбора данных по силовой сети 0,4 кВ фирмы «Континиум» от специально модернизированных для этих целей электронных однофазных счетчиков завода МЗЭП.

Проектирование, монтаж и наладка осуществляются хабаровским филиалом ЗАО «Энерготестконтроль». Проект финансируется через тарифную составляющую и имеет срок проектной окупаемости 4 года.

Системы МЗЭП и фирмы «Континиум».

АСКУЭ бытовых потребителей МЗЭП («ЭМОС-МЗЭП») и фирмы «Континиум» («АСКУЭР «Континиум») имеют общую функциональную схему. Они представляют собой измерительно-вычислительные комплексы для удаленного сбора импульсов с телеметрических выходов счетчиков электроэнергии, холодной и горячей воды, газа, преобразования собранной информации в цифровую форму (поименованную величину) для ее хранения, привязки к астрономическому времени и передачи по цифровым каналам связи. Это может быть электросеть 0,4 кВ, как в вышеупомянутом случае, или телефонная, или какая-либо другая линия. Сбор информации и передача команд управления осуществляются:

· в пределах объектов, питающихся от одной трансформаторной подстанции, - по кабельным и домовым электросетям 0,4 кВ;

· в пределах территории коммунальной службы или другой административно-территориальной единицы выбор системы передачи информации определяется по желанию заказчика (электросеть, телефонный канал, выделенная линия, радиоканал или с участием человека посредством ноутбука);

· на уровне города - по высокоскоростным каналам связи;

· оперативная обработка информации осуществляется компьютерами, установленными в помещении оперативно-диспетчерской службы каждого района и в диспетчерских службах поставщиков энергоресурсов.

Системы могут применяться энергокомпаниями и местными электросетями, муниципальными коммунальными предприятиями, а также компаниями и предприятиями, обслуживающими жилищные кооперативы, кондоминиумы, дачные и коттеджные поселки. Поскольку для функционирования системы не требуется создания каких-либо «каркасных» информационных магистралей, в основу архитектуры такой сети положена «кластерная» технология. Кластером называется группа потребителей, имеющих канал связи с центральной диспетчерской. Внедрение системы может начинаться со сколь угодно малого функционально полного фрагмента сети (например, дома, группы домов, микрорайона и т.д.). Развитие и наращивание мощности до максимального расчетного объема производится в дальнейшем только за счет монтажа периферийных устройств в квартирах и установки дополнительных компьютеров в центральную диспетчерскую без нарушения нормального функционирования ранее установленной части системы (см. рис. 1.2).

Рис. 1.2. Обобщенная функциональная схема по автоматизированному дистанционному снятию показаний счетчиков электроэнергии

Состав и принцип работы.

В состав АСКУЭ БП входят следующие устройства:

· счетчики электроэнергии с функцией хранения в энергонезависимой памяти промежуточных значений вычислений, что важно для обеспечения сходимости данных измерения счетчика и системы;

· устройства сбора и передачи данных (УСПД), выполненные в виде многоканальных электросетевых модемов (ЭСМ) с интерфейсным модулем и контроллером счетчиков, - для считывания, запоминания и передачи по электросети в локальный блок сбора данных показаний приборов учета;

· локальные блоки сбора данных (ЛБСД), служащие для управления работой электросетевых модемов, считывания из них показаний приборов учета, их накопления и передачи в центральную диспетчерскую, синхронизации «часов» автономных блоков;

· в компьютере центральной диспетчерской (ЦД) осуществляется обработка показаний приборов учета, расчет суммы платежа за потребленные ресурсы, учет социального статуса потребителя, поддержка мультитарифного регулирования, выписывание счетов.

Телеметрический выход счетчика электроэнергии подключен с помощью телеметрического кабеля к входу интерфейсного модуля многоканального электросетевого модема, устанавливаемого в этажном щитке. В электросетевых модемах телеметрическая информация интегрируется, показания привязываются ко времени и фиксируются в энергонезависимой памяти в соответствии с заданной извне программой.

Для передачи в ЛБСД первичная телеметрическая информация преобразуется в ЭСМ в вид, обеспечивающий ее передачу без потери и искажений по электросети. ЛБСД представляет собой автономный модуль с несколькими устройствами для приема и передачи информации. К каждой из трех фаз силовой электропроводки ЛБСД подключен с помощью трех встроенных ЭСМ. Устанавливается ЛБСД либо в трансформаторной подстанции, либо на вводе в здание.

ЛБСД через последовательный интерфейс и телефонный модем передает данные по коммутируемой или выделенной линии на компьютер ЦД. Для децентрализованных систем считывание первичной информации осуществляется непосредственно из ЛБСД с помощью переносного носителя информации, например ноутбука, подключаемого к ЛБСД. Один ЛБСД обслуживает до 2048 счетчиков. Центральная диспетчерская представляет собой аппаратно-программный комплекс регистрации, обработки и отображения информации о потребляемых ресурсах. Логически программное обеспечение ЦД делится на две части: это оперативная связь с ЛБСД и обработка собранной информации. Вся информация, необходимая при работе программы, и информация, предназначенная для передачи в ЛБСД, хранится в базе данных.

При обработке собранной информации программное обеспечение центральной диспетчерской реализует следующие функции:

· выписка счетов;

· печатание счетов для каждой квартиры;

· обоснование счетов;

· сведение баланса по балансным группам;

· формирование сводной таблицы потребления за текущий и предшествующие периоды.

Для защиты метрологических характеристик системы от несанкционированных изменений (корректировок) предусмотрены шифрование информации и многоступенчатый доступ к текущим данным и параметрам.

После глубокого анализа систем «ЭМОС-МЗЭП» и «АСКУЭР «Континиум» можно сделать следующие выводы. Более дешевая, но менее помехозащищенная система ИС «ЭМОС-МЗЭП» не гарантирует поддержание постоянной двухсторонней связи между счетчиком и УСПД, но при этом обеспечивает ежесуточное дистанционное считывание показаний счетчиков в ночное время и быстрое изменение тарифов у любого абонента путем перепрограммирования без замены счетчика, что вполне соответствует требованиям сегодняшнего дня.

«АСКУЭР «Континиум» дороже, но является более помехозащищенной, обеспечивает устойчивую двухстороннюю связь между счетчиком и УСПД. Это, в дополнение к функциям, аналогичным «ЭМОС-МЗЭП», обеспечивает в дальнейшем возможность наращивания ее функций до уровня, превышающего даже уровень TELEGESTORE.

Кроме описанных систем, собственные разработки и внедренные пилотные проекты в этой области имеют ЛЭМЗ (Санкт-Петербург), ООО «Фирма ИНКОТЕКС» (Москва), Мытищинский электротехнический завод и ряд других предприятий.

Отечественные проблемы.

Создание в России АСКУЭ БП, подобных итальянской системе TELEGESTORE, актуально по целому ряду причин:

· в России, так же как и в Италии, идут процессы либерализации рынка электроэнергии;

· перед российскими энергетиками также стоит вопрос о том, на какие именно электронные счетчики следует заменять устаревшие индукционные счетчики класса 2,5;

· после ликвидации существующего в России перекрестного субсидирования и неизбежного отказа от системы самообслуживания перед российскими энергетиками обязательно встанут проблемы минимизации собственных затрат на снятие показаний счетчиков и выписку счетов потребителям, а также проблемы заключения с каждым бытовым потребителем персонального договора на условия поставки электроэнергии;

· многочисленные создаваемые сбытовые организации в условиях реструктуризации и жесткой конкуренции смогут экономически выжить, только предлагая своим потребителям гибкие взаимовыгодные тарифные системы, дифференцированные как по уровням потребления (блочные тарифы), так и по времени. Системы, подобные TELEGESTORE, помогут внедрять любые тарифные системы с наименьшими затратами.

Во внедряемой в Италии системе учета подкупает глубокая продуманность и планомерность внедрения проекта, а также обширный комплекс решаемых системой учета проблем.

К сожалению, ничего подобного в России не происходит. В нашей стране отсутствует структура, координирующая техническую политику в области учета энергосбытовых организаций на розничном рынке электроэнергии. Следствием такого положения является то, что каждый регион России в этой сфере пытается идти своим путем, без необходимых ориентиров, что в конечном счете приведет к массе ошибок и огромному перерасходу средств.

Способствует этому также и то, что российские разработчики наиболее перспективных отечественных автоматизированных систем учета бытовых потребителей с использованием PLC-технологии разрознены и их разработки недостаточно финансируются. Надежды на то, что РАО «ЕЭС России» в ближайшее время создаст организацию, координирующую деятельность энергосбытовых организаций, не оправдываются. Представляется наиболее целесообразным в сложившейся ситуации, чтобы эту роль взяло на себя НП «АСКУЭ», объединяющее в своих рядах ведущих отечественных производителей технических средств учета, во взаимодействии с ассоциациями энергоменеджеров и региональных энергетических комиссий, или ассоциация потенциальных пользователей АСКУЭ бытовых потребителей, например, «Роскоммун-энерго».

В настоящее время, по глубокому убеждению автора, автоматизация приборного учета электроэнергии у бытовых и мелкомоторных российских потребителей - не роскошь, а насущная, экономически оправданная необходимость.

1.5 Автоматизированные системы коммерческого учета электрической энергии промышленных потребителей

В России и за рубежом у промышленных потребителей для автоматизации измерения, сбора, предварительной обработки, хранения и выдачи в каналы связи и передачи по ним данных об электроэнергии и мощности на уровни иерархии управления АСКУЭ используются следующие технические средства:

индукционные и электронные трехфазные счетчики активной и реактивной электроэнергии, доукомплектованные или имеющие встроенные (электронные счетчики) специальные датчики импульсов;

информационно-измерительные системы (ИИС) и устройства сбора данных (УСД), обеспечивающие сбор, обработку, накопление, хранение и передачу через каналы связи на верхний уровень управления информации о расходе электроэнергии и мощности в контролируемых точках;

технические средства системы сбора и передачи информации от ИИС до средств обработки информации, включая каналы связи, модемы, устройства коммутации сигналов и т.д.

Как отмечалось выше, автоматизация получения информации для коммерческого учета выработки и потребления электроэнергии и мощности может быть обеспечена только по данным счетчиков (индукционных или электронных), информация с которых в виде импульсов должна поступать в специальные устройства, обеспечивающие сбор, обработку, хранение, отображение и передачу обработанной информации по каналам связи на верхние уровни управления.

В целом такие устройства, выполненные на базе современной микропроцессорной техники, получили название информационно-измерительных систем (ИИС) и устройств сбора данных (УСД). Все виды ИИС и УСД проходят метрологическую аттестацию и приемку органами Госстандарта, как средства коммерческого учета электроэнергии, и имеют защиту от несанкционированного доступа.

Кроме необходимых вычислительных функций и функций архивирования данных, ИИС, как правило, могут выполнять также функции управления нагрузкой путем сигнализации и переключении. На базе современных ИИС и УСД могут образовываться локальные и многоуровневые автоматизированные системы контроля, учета и управления электропотреблением (АСКУЭ), которые предполагают наличие центральной вычислительной системы, расположенной на пункте управления и периодически опрашивающей по каналам связи периферийные системы, расположенные на контролируемых объектах.

Требования к учету, контролю и управлению потреблением энергоресурсов на промышленном предприятии.

С точки зрения учета, контроля и управления энергопотреблением сложившаяся типовая схема промышленного предприятия включает в себя структурно и технологически связанные производства, цехи, участки, станки и оборудование, объекты непроизводственной сферы и другие. Первый шаг в экономии энергоресурсов и финансовых средств на их оплату - внедрение современного и высокоточного учета на границе раздела балансовой принадлежности для обеспечения финансовых расчетов с поставщиком энергоресурсов. Главным же решением проблемы энергосбережения на промышленном предприятии является внедрение разветвленной по всей иерархии предприятия автоматизированной системы учета, контроля и управления потреблением электроэнергией вплоть до рабочего места или токоприемника.

Принцип создания АСКУЭ промышленных предприятий.

Современные принципы создания АСКУЭ промышленных предприятий достаточно четко разграничивает понятие коммерческого учета и технического учета.

Коммерческий учет является обязательным по закону. Основным назначением такого учета можно сформулировать как обеспечение взаимных финансовых расчетов с поставщиком энергоресурсов. Количество точек контроля на границе раздела балансовой принадлежности, как правило ограничено и определяется числом вводов энергоресурсов. Номенклатура измеряемых параметров в точке контроля ограничено параметрами, определяющими финансовые расчеты с поставщиком энергоресурсов. Самым главным требованием к коммерческому учета можно назвать высокоточный учет электроэнергии на границе балансовой принадлежности. Система коммерческого учета должна обязательно включаться в Государственный реестр средств измерений, обеспечиваться средствами защиты информации на уровне, близком к банковскому (исключающими несанкционированное вмешательство в ее функционирование). В итоге все это обуславливает высокую стоимость одной точки учета.

Технический учет не является обязательным по закону. Его основное назначение является учет, контроль и управление потреблением электроэнергией по всей иерархии предприятия. Количество точек контроля определяется всей иерархией предприятия и стоимости одной точки учета ( чем ниже стоимость, тем выше экономически допустимый уровень детализации учета, контроля и управления вплоть до отдельного места).

Система технического учета должна обеспечивать контроль несанкционированного энергопотребления, сигнализацию о перетоках, передаварийных и аварийных ситуациях на низковольтных линиях предприятия.

Таким образом, система технического учета должна пронизывать промышленное предприятие сверху донизу и обеспечивать учет, контроль и управление потреблением по всей его иерархии, а система коммерческого учета фактически проводить итоги энергопотребления предприятии.

В совокупности автоматизированные системы коммерческого и технического учета должны обеспечить измерение с заданной точностью параметров энергоресурсов и круглосуточный контроль за их расходованием. А на основе этой информации осуществлять оперативное, эффективное управление энергопотреблением.

Современные технические и программные средства АСКУЭ.

В настоящее время актуальность создания в энергосистемах и их объединениях автоматизированных систем коммерческого учета и контроля электроэнергии и мощности (АСКУЭ) уже ни у кого не вызывает сомнения. Работы в этом направлении ведутся практически во всех энергосистемах и ОЭС. Основой интегрированных АСКЭ АО-энерго являются системы АСКУЭ энергетических объектов, расположенных на территории АО-энерго, - электростанций, подстанций, промпредприятий. Именно в АСКУЭ объектов формируется и передается на вышестоящие уровни управления (в центры сбора и обработки информации АСКУЭ) вся исходная информация по электроэнергии и мощности, необходимая ФОРЭМ и РРЭМ и именно от программно технических средств АСКУЭ объектов в основном зависит правильность и эффективность работы интегрированной АСКУЭ в целом.

Технические средства АСКУЭ объектов включают:

электросчетчики, оборудованные числоимпульсными и (или) цифровыми интерфейсами;

устройства (контроллеры) сбора и передачи данных (УСПД);

средства передачи информации по каналам связи (модемы);

средства вычислительной техники (персональные ЭВМ).

В настоящее время заводы и предприятия Российской федерации производят широкую гамму трехфазных электронных и микропроцессорных электросчетчиков (индукционные и однофазные электросчетчики, а также класса ниже 1,0 здесь не рассматриваются), позволяющих их использовать в системах АСКУЭ. Основными изготовителями являются:

Концерн Энергомера (г. Ставрополь) выпускает электронные электросчетчики активной электроэнергии в одном и двух направлениях кл. 0,2 (ЦЭ6808В), кл. 0,5 (ЦЭ6805В), кл. 1,0 (Ф68700В) и микропроцессорные ЦЭ6822,ЦЭ6823, ЦЭ6850 класса 0,5 и 1,0. Электронные электросчетчики имеют числоимпульсный, а микропроцессорные - еще и цифровой интерфейс.

СП АББ-ВЭИ "Метроника" (г. Москва) выпускает многофункциональные микропроцессорные электросчетчики серий АЛЬФА, А2 АЛЬФА Плюс, ЕвроАЛЬФА кл. 0.2S, 0,5S, 1,0. Все они имеют числоимпульсный и цифровые (ИРПС, RS-232, RS-485) интерфейсы.

Мытищинский электротехнический завод (Московская обл.) производит электронные электросчетчики ПСЧ-4, СЭТА-1 кл. 0,5, СЭТА-1 и СЭТР-1 кл. 1,0, снабженные числоимпульсным интерфейсом.

Нижегородский завод им. Фрунзе производит электронные электросчетчики ПСЧ-4ПА, ПСЧ-4-1 кл. 0,5 с числоимпульсным интерфейсом и микропроцессорные электросчетчики ПСЧ-4ТА, СЭТ-4ТМ кл.0,5 с числоимпульсным и цифровым интерфейсом (RS-485).

Государственный Рязанский приборный завод выпускает электронные электросчетчики СЭТ3а-01, СЭТ3а-01П кл. 0,5;1,0; СЭТ3р-01-09 кл.1- последний для измерения активной и реактивной электроэнергии в одном корпусе. Все электросчетчики имеют числоимпульсный интерфейс с двумя гальванически развязанными выходами.

Все выпускаемые заводами микропроцессорные электросчетчики имеют встроенные часы и память для запоминания графика мощности и других параметров и позволяют вести многотарифный учет.

Таким образом, можно отметить, что Российские производители электросчетчиков полностью удовлетворяют спрос систем АСКУЭ как по классам точности, так и по своим функциональным и техническим возможностям.

К недостаткам следует отнести отсутствие унификации протоколов и циклов доступа к информации микропроцессорных электросчетчиков. По нашему мнению, производители микропроцессорных электросчетчиков излишне увлечены многофункциональностью, в т.ч. показателями качества и многотарифностью, при этом набор параметров для пользователей оказывается избыточен, а для целей АСКУЭ недостаточен.

Устройствами, специализированными для целей АСКУЭ являются УСПД. Требования к ним определены отраслевым документом "Типовые технические требования к средствам автоматизации, контроля и учета электроэнергии и мощности для АСКУЭ энергосистем", утвержденным РАО "ЕЭС России" в 1994г., который хотя и нуждается в некоторой переработке, но до настоящего времени не утратил актуальность.

Современные микропроцессорные КТС АСКУЭ включают не только УСПД, но и программно-технические средства для сбора и обработки информации, как на самом объекте, так и на вышестоящем уровне управления и образуют программно-технические комплексы (ПТК) АСКУЭ.

В настоящее время из современных российских ПТК АСКУЭ наибольшее распространение в энергосистемах получили ПТК «ТОК-С» (АОЗТ «АМРИТА», г. Пенза) - энергосистемы Средней Волги, Урала, Центра; КТС «ЭНЕРГИЯ» (ПО «СТАРТ», г. Заречный, Пензенская обл.). Последний применяется преимущественно на промышленных предприятиях. За ними следует ПТК «СИКОН С1» (ИТФ «Системы и технологии», г. Владимир) - энергосистемы Центра, а также ПТК АЛЬФА - Смарт с семейством УСПД RTU-300 производства СП АББ-ВЭИ "Метроника" (г. Москва) - Колэнерго, предприятия МПС, метрополитена.

Из импортных УСПД, усилиями ЦДУ ЕЭС на многих межсистемных подстанциях ОЭС Северо-Запада и Урала установлены УСПД "МЕГАДАТА" производства Венгерской фирмы Ганц-Шлюмберже.

Можно также назвать ряд ПТК АСКУЭ, получивших применение в отдельных энергосистемах и на отдельных объектах: - это УСПД типа «Пчела» (НПФ "Телемеханик", г. Екатеринбург) - на подстанциях и предприятиях Свердловэнерго; ПТК "ЭКОМ" с УСПД "ЭКОМ-3000 ("НПФ Прософт-Е", г. Екатеринбург) - на ряде электростанций и промпредприятий; ПТК "СПРУТ" с УСПД "МАВР 102М" (Фирма "ОВ", г. С-Петербург) - на ТЭЦ и ряде промпредприятий; КТС "Энергомера" (концерн "Энергомера", г. Ставрополь) - на подстанциях Ставропольэнерго; ПТК "УИС" (НПФ "Неон АВМ", г. Москва) - на подстанциях электрических сетей; ПТК "Мир" с УСПД "Омь-40" (НПО МИР, г. Омск) - на нефтяных предприятиях и подстанциях. Этот перечень может быть продолжен.

Имеются системы АСКУЭ с прямым (без УСПД) съемом информации с микропроцессорных электросчетчиков, такие как "Альфа МЕТ" с мультиплексором МПР-16-2М (Метроника), "Тариф -Микро" с контроллером связи КСИ-1 (Нижегородский завод им. Фрунзе), программный комплекс Нижневартовских электрических сетей (г. Нижневартовск).

Широкое распространение получил программный комплекс сбора информации с микропроцессорных электросчетчиков и УСПД "АСКП" (ЦДУ ЕЭС, ЭЦМ).

Большинство из перечисленных ПТК АСКУЭ удовлетворяют типовые требования, сертифицированы и подтвердили свою работоспособность на практике. Таким образом можно констатировать, что Российские производители ПТК АСКУЭ в состоянии удовлетворить практически любые потребности как энергосистем, так и промпредприятий вполне современными техническими средствами АСКУЭ.

К недостаткам производимых ПТК следует отнести отсутствие стандартизации протоколов обмена между различными УСПД и центрами сбора информации. Каждый ПТК имеет свой программный пакет верхнего уровня, невзаимодействующий с программами других изготовителей ПТК АСКУЭ.

Для передачи информации с объектов в центры сбора и обработки информации АСКУЭ повсеместно используются коммутируемые и выделенные каналы связи. Для подстанций напряжением 110 кВ и ниже критичным является само наличие каналов связи. В центрах сбора и обработки информации для решения задач АСКУЭ применяется стандартная вычислительная техника.

Текущий период характеризуется активной деятельностью практически во всех ОЭС, МЭС и АО-энерго по внедрению и развитию систем АСКУЭ.

При этом произошли серьезные качественные сдвиги. Более чем в сорока АО-энерго России системы АСКУЭ введены в промышленную эксплуатации и имеют статус коммерческих систем. Если в прежние годы собираемая АСКУЭ информация использовалась как справочная и как информация для технического учета, то в эксплуатируемых коммерческих системах она задействуется для финансовых расчетов на ФОРЭМ и расчетов с потребителями. Существенно вырос технический потенциал и квалификация персонала МЭС, АО-энерго, Энергосбытов, электростанций и электрических сетей, обслуживающего программно-технические комплексы АСКУЭ. Практически повсеместно организованы соответствующие группы (подразделения) специалистов.

При внедрении АСКУЭ в АО-энерго повсеместно приоритет отдается АСКУЭ ФОРЭМ, охватывающим межсистемные и межгосударственные перетоки, генерацию федеральных и атомных электростанций, а также собственную генерацию АО-энерго.

Системы АСКУЭ в последнее время стали широко внедряться на промпредприятиях и шагнули к бытовым потребителям.

Для успешного дальнейшего развития АСКУЭ ФОРЭМ ЕЭС России целесообразно:

· Обновить нормативно - методическую документацию, включая Типовые технические требования к средствам автоматизации контроля и учета электроэнергии и мощности, Типовую инструкцию по учету электроэнергии (РД 34.09.101-94) и Концепцию по созданию автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии и мощности в РАО "ЕЭС России";

...